用于波域多用户下行波束赋形的堆叠智能超表面
信息论
2025-05-05 v2 信号处理
math.IT
摘要
智能超表面最近作为一种有前景的技术而出现,其通过利用大量低成本可重构散射单元实现无线环境的定制。然而,先前的研究主要集中于单层超表面,由于实际硬件限制,其在波域处理能力方面存在局限。相比之下,本文引入一种新颖的堆叠智能超表面(SIM)设计。具体地,我们研究将 SIM 集成到多用户多输入单输出(MISO)通信系统的下行链路中,其中由多层超表面结构组成的 SIM 部署在基站(BS)处以在电磁波域促进发射波束赋形。这消除了在 BS 处对传统数字波束赋形和高分辨率数模转换器的需求。为此,构建一个优化问题,通过在发射功率预算和离散相移约束下联合优化 BS 处的发射功率分配和 SIM 处的基于波的波束赋形,以最大化所有用户设备的和速率。此外,我们提出一种计算高效的算法来求解所构建的联合优化问题,并详述在无线网络中采用 SIM 的潜在益处。数值结果用以证实所提 SIM 赋能的基于波的波束赋形设计的有效性,并评估所提算法相较各种基准方案实现的性能提升。结果表明,在考虑相同数量发射天线时,所提基于 SIM 的系统在和速率方面相较传统 MISO 系统实现约 200% 的提升。本文代码见 \url{https://github.com/JianchengAn}。
引用
@article{arxiv.2309.02687,
title = {Stacked Intelligent Metasurfaces for Multiuser Downlink Beamforming in the Wave Domain},
author = {Jiancheng An and Marco Di Renzo and Mérouane Debbah and H. Vincent Poor and Chau Yuen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.02687},
year = {2025}
}
备注
14 pages, 13 figures, published in IEEE TWC